针鱼岭大桥现浇支架设计计算分析

李　彬

(广西投资集团建设实业有限公司，广西　南宁　530222)



针鱼岭大桥现浇支架设计计算分析

李彬

(广西投资集团建设实业有限公司，广西南宁530222)

李彬(1979—)，工程师，主要从事工程项目管理工作。

摘要：文章采用有限元软件Midas/Civil建立模型，对针鱼岭主桥0#~1#节段、边跨22#节段和合拢段的现浇段支架进行模拟计算分析，验证了该支架设计方案安全可行。

关键词：桥梁；现浇支架；Midas/Civil软件；设计计算

0引言

现浇支架系统是桥梁施工的重要组成部分，由于桥梁建设要求严、工期紧，现浇支架系统是否合理，关系桥梁施工的进度及安全。因而现浇支架系统的设计成为桥梁建设中一个关键环节。本文利用通用有限元软件Midas/Civil，结合实际构造建立模型，对针鱼岭大桥的现浇支架系统进行模拟计算分析，设计出结构简单、质量可靠及低成本的支架系统方案[1]。

1工程概况

针鱼岭大桥位于防城江入海口，项目所在区域为低山、丘陵和滨海平原、台地，海拔50~100 m。海地带地形破碎，海岸曲折，港湾、沙堤和沙滩发育。桥位区属低矮滨海丘陵地貌，横跨防城江，阶地不发育，两岸基岩受河水、海水侵蚀切割缓慢，冲刷作用不明显，主要为第四系覆盖层。主桥桥型为独塔双索面斜拉桥，塔、梁固结，双索面扇形空间布索。主梁的基本断面形式是带悬臂的边主梁，标准段截面顶全宽36.0 m，中心高2.7 m，主肋边高2.53 m，主梁顶板厚度0.32 m，设双向2%横坡。悬浇节段长度有5.3 m、5.75 m、6 m三种，边肋形状为倒梯形，标准底宽2.0 m，顶宽2.5 m。标准节段主梁横断面如图1所示。

图1　标准节段主横梁断面图(单位：cm)

2Midas/Civil软件介绍

Midas/Civil有限元软件可适用于桥梁结构、地下结构、工业建筑、飞机场、大坝、港口等结构的分析与设计。Midas/Civil有限元软件可以对支架进行整体建模计算，从计算结果可以看出支架及钢管柱的受力状态，工程技术人员可以根据其计算优化临时结构杆件的型号和布置，在保证作业安全的同时进而降低成本，最终使得支架系统方案达到最优化[2]。所以Midas/Civil有限元软件在现浇桥梁支架设计中被广泛采用。

3现浇支架设计

主桥现浇段有0#~1#节段、边跨22#节段和合拢段，支架计算均采用MIDAS/civil 2010有限元分析软件配合计算。

3.1　0#~1#节段现浇支架设计

主梁现浇段0#~1#段长8.34 m，采用挂篮作为底模承载平台进行节段施工。在挂篮纵梁位置设置三角木作为卸载，上面布置[10分配梁(@90 cm)和8×8的方木(@30 cm)与1.5 cm的模板；在顶板下面布置钢管满堂架，钢管立柱间距90×90 cm，布置两层水平连接，管顶设顶托，安装[10分配梁(@90 cm)、8×8方木(@30 cm)及1.5 cm模板。由于12#墩施工平台支持不能满足现浇梁段要求，故在挂篮主纵梁及横梁底部重新安装挂篮拼装平台，拼装平台主要由钢管立柱、管顶横梁和贝雷梁组成。钢管立柱同时承载0#~1#节段施工荷载。

3.1.1荷载取值

荷载取值：混凝土：0#块257.3 m3，1#133.6 m3，共390.9 m3，共重1 016.34 t。挂篮支架：288 t；施工荷载：模板支架+振捣+倾倒+施工=2×4=8 kPa，36×8.34×8=2 402 kN，取240 t；总荷载：1 016.34+288+240=1 544.34 t。布置529×8 mm立柱41根(每根37.6 t)。

3.1.2计算分析

荷载组合与荷载工况：钢筋混凝土荷载+施工荷载+结构自重。支架所有单元按线型梁单元模拟，截面设计按支架设计所取截面，横梁型钢与钢管之间的焊接节点按刚性连接考虑。荷载加载说明：基本按照梁段截面荷载形状布置荷载，主要分为主纵梁、桥面板、中纵梁。材料均按Q235钢材考虑，容许弯曲应力为145 MPa，容许剪切应力为85 MPa。计算结果见下页图2。

由图2(a)组合应力模拟图可得，组合应力最大为140.3 MPa<145 MPa，满足要求。根据图2(b)剪应力模拟图可得，Q235钢材剪切应力最大为41 MPa<85 MPa，满足要求。由图2(c)挠度模拟图可得，最大挠度出现在分配梁位置，为12.7 mm<5 100/400=12.75 mm，满足要求。

根据图2(d)反力模拟图计算得出的反力情况布置支点处的钢管立柱，钢管按照每根43 t承载力计算[3]。

长细比λ=L/i=18/0.184 2=97.72。

(a)组合应力模拟图

(b)剪应力模拟图

(c)挠度模拟图

(d)反力模拟图

查表用内插法得Ф=0.65，则：

N=43 t<[N]=φ[σ]A=0.65×140×13 100=119.2t

满足要求。

钢管立柱使用60t振动锤下沉，按照75%的功效计算得振动力为45t，满足施工要求。

3.2　边跨22#节段和合拢段现浇支架设计

22#节段实心段均落于过渡墩盖梁上，只需在盖梁上铺设方木和模板即可(不考虑拆除)；22#节段剩余长度与21#合拢段采用同一个支架施工。支架用φ529×8mm钢管作为立柱，Ⅰ45a型钢和挂篮前横梁作为横梁，横梁上铺设[10a分配梁。主肋位置用三角木作为卸载，铺装8×8cm(@30cm)方木和1.5cm模板；顶板位置搭设钢管满堂架，钢管立柱间距为90×90cm，上部布置和0#~1#节段施工方法一致。

3.2.1荷载取值

荷载取值包括：混凝土荷载，支架自重、施工荷载、总荷载[4]。混凝土荷载：22#节段共216m3，其中162m3由盖梁承担，54m3由支架承担；21#合拢段共60.8m3，全部由支架承担。则支架共承担114.8m3，约300t。支架自重由软件自动生成。施工荷载：模板支架+振捣+倾倒+施工=2×4=8kPa，36×3.7×8=1 065kN，取110t；总荷载：300+110=410t。

3.2.2计算分析

荷载组合与荷载工况：钢筋混凝土荷载+施工荷载+结构自重。建模说明：(1)单元：支架所有单元按线型梁单元模拟，截面设计按支架设计所取截面，横梁型钢与钢管之间为焊接节点按刚性连接考虑；(2)荷载加载说明：基本按照梁段截面荷载形状布置荷载，主梁主要分为主纵梁、桥面板、中纵梁[5]。材料均按Q235钢材考虑，Q235钢材容许弯曲应力为145×1.3=188.5MPa，容许剪切应力为85MPa。计算结果见图3。

(a)组合应力模拟图

(b)剪应力模拟图

(c)挠度模拟图

(d)反力模拟图

由图3(a)组合应力模拟图可得，组合应力最大145.5MPa<145x1.3=188.5MPa，满足施工要求。根据图3(b)剪应力模拟图可得，最大剪应力为56.1MPa<85MPa，满足施工要求。由图3(c)挠度模拟图可得，最大挠度为5.66mm<6 000/400=15mm，满足要求。根据图3(d)反力模拟图，最大反力54.5t，在此处设置2根钢管立柱以满足要求。

4结语

(1)0#~1#节段现浇支架，其组合应力最大为140.3MPa，Q235钢材剪切应力最大为41MPa，最大挠度出现在分配梁位置为12.7mm，均满足设计安全规程的要求。

(2)边跨22#节段和合拢段支架，其组合应力最大145.5MPa，最大剪应力为56.1MPa<85MPa，最大挠度为5.66mm，均满足设计安全规程的要求。最大反力54.5t，在此处设置2根钢管立柱可以满足要求。

参考文献

[1]范立础.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]项海帆.高等桥梁结构理论[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3]郝永军.桥梁现浇支架布设及施工[J].交通世界(建养.机械)，2013(Z1)：182-183.

[4]于连营.时令河大桥箱梁现浇支架设计与施工[J].石家庄铁道学院学报(自然科学版)，2009(2)：107-109.

[5]赵常煜.大跨连续梁现浇支架的设计和施工[J].铁道标准设计，2003(6)：28-29.

Analysis on Cast-in-place Stent Design and Calculations of Zhenyuling Bridge

LI Bin

(Guangxi Investment Group Construction Industry Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi，530222)

Abstract：This article established the model by using the finite element software Midas Civil，conducted the simulation calculation and analysis on cast-in-place stents of Zhenyuling Main Bridge 0#~1#segment，side-span 22#segment and closing segment，and verified that this stent design program is fea-sible and safe.

Keywords：Bridge；Cast-in-place stent；Midas/Civil software；Design and calculation

收稿日期：2015-07-06

文章编号：1673-4874(2015)08-0064-04

中图分类号：U442

文献标识码：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.08.016

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